王正松

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

《徐州市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2013—2020年)》于2013年3月獲批。目前，徐州市地鐵工程建設(shè)正處于起步階段，在淺埋暗挖施工方面沒有自身的工程經(jīng)驗可以借鑒。1號線工農(nóng)北路站至徐州火車站區(qū)段，受既有道路、橋梁、地面建筑及地下管線等因素的制約，明挖法因為施工嚴(yán)重干擾交通，破壞環(huán)境和大量的建筑物、管線的拆遷等因素使工程的實施困難重重。為了最大限度地減少軌道交通施工對淮海路、中山路等城市主干道的影響，指導(dǎo)徐州市城市軌道交通工程的設(shè)計和施工，研究適合徐州市工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的淺埋暗挖車站施工方法非常必要。

1 工程概況

徐州市軌道交通1號線一期工程正線起于徐蕭公路與臥牛山路西側(cè)的規(guī)劃火花西路口，沿老徐蕭公路、西三環(huán)路、淮海西路、淮海東路、徐州火車站、淮海東路延長段、東三環(huán)路及和平路敷設(shè)，止于高鐵徐州東站。平面圖如圖1所示。

一期工程線路全長20.034 km，均為地下線，設(shè)有車站17座，2個主變電所，1座車輛段，1座停車場，1座控制中心。

徐州市區(qū)位于魯南山區(qū)向黃淮海平原過渡的部位，以平原為主，中部斜插丘陵山帶，區(qū)內(nèi)山體最大海拔高程153 m，一般高程100 m左右。山體坡角一般為15°～35°。平原是黃淮平原的一部分，其中黃河故道地勢較高，海拔高程36～42 m，其余地勢低平，海拔高程32～36 m，自北西向南東微傾斜。徐州市區(qū)內(nèi)的地貌形態(tài)主要有丘陵(殘丘)和平原兩大類，前者是剝蝕—溶蝕作用的結(jié)果，后者是堆積作用的結(jié)果。

工程沿線上覆地層為第四系全新統(tǒng)人工填土、淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉土、粉砂，晚更新統(tǒng)黏土，下伏基巖有石炭系鋁土質(zhì)頁巖、灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r，寒武系灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，震旦系灰?guī)r以及鈣質(zhì)頁巖。

根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露情況，上層滯水富水性較好;孔隙水主要賦存于粉土(2)4-2、粉土(2)4-3、粉土(2)4-4及粉砂(2)5-2層中，富水性中等～豐富;灰?guī)r裂隙水富水性中等，屬弱承壓水?？辈炱陂g測得的地下水位埋深約為2.0～3.2 m。

2 徐州地區(qū)淺埋暗挖車站適應(yīng)性

2.1 工程地質(zhì)適應(yīng)性

徐州地區(qū)暗挖車站拱部土層為:淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(2)2-1，流塑，液性指數(shù) 1.14 ～1.26;粉土(2)4-2，稍密，軟塑;粉土(2)4-3，中密，液性指數(shù)0.33～0.82;填土(1)1，松散。

對于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層，由于土層參數(shù)較差，自穩(wěn)性差，常規(guī)的暗挖超前支護措施(如小導(dǎo)管、管棚)加固效果差，難以滿足暗挖施工的安全。需要采取有效的超前加固措施，而水平旋噴注漿加固(APJ工法)適應(yīng)于軟弱土層，加固效果較好，目前采用較多，具有可實施性。

對于粉土(2)4-3等土層，由于土層參數(shù)、自穩(wěn)性較好，常規(guī)的暗挖超前支護措施(如小導(dǎo)管、管棚)加固效果較好，能夠滿足工程需要，具有可實施性。

2.2 水文地質(zhì)適應(yīng)性

徐州地區(qū)地下水位為地面以下2.0～3.2 m，土層多為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土等，土層滲透系數(shù)小，采用地面管井降水的效果不理想，同時對市政道路交通會造成一定的影響。對于暗挖車站，可采用具有止水帷幕功能的圍護結(jié)構(gòu)，洞內(nèi)降水、排水，具有可實施性。

2.3 暗挖車站施工工法的選擇

地鐵車站淺埋暗挖施工方法的選定對初期支護參數(shù)的確定和二次襯砌的設(shè)計關(guān)系十分密切。由于開挖順序不同，其支護內(nèi)力、位移和地面沉降也不同。因此，選擇一個支護受力好、結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟合理的施工方法是極為重要的。根據(jù)沿線工程地質(zhì)、水文地質(zhì)，地鐵埋深、結(jié)構(gòu)形式等情況，從地表沉降、安全可靠性、施工質(zhì)量、造價及工期等方面綜合分析，將中洞法、側(cè)洞法、洞樁法及NTR工法進行技術(shù)經(jīng)濟比較，見表1。

側(cè)洞法是修建大跨隧道常用的方法，但由于首先施工的是兩個側(cè)洞，且要同步，對地表擾動大，安全性稍差。

中洞法的核心是CRD工法，按照小分塊、短臺階、快封閉的原則，步步為營，施工安全度高，地面沉降及影響范圍與側(cè)洞法相比要小;但中洞法工序轉(zhuǎn)換次數(shù)較多，很難限制工序轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的附加位移;而且與側(cè)洞法相同，臨時支護、廢棄工程量大。

PBA工法(洞樁法)克服了工序轉(zhuǎn)換多的缺點，地面沉降控制較好，但為了扣拱，除了必須施作中柱及上下導(dǎo)洞外，還要施作圍護邊樁及成樁導(dǎo)洞，增加了工程量。

NTR工法工序轉(zhuǎn)換最少，初期支護采用頂管作業(yè)，在頂管結(jié)構(gòu)內(nèi)施作二襯結(jié)構(gòu)，最后進行主體結(jié)構(gòu)土方開挖，因此地面沉降控制較好;但是由于此工法機械化程度較高，工藝控制復(fù)雜、難度大，在國內(nèi)應(yīng)用較少，施工經(jīng)驗積累不足。

現(xiàn)將國內(nèi)采用PBA工法施工的幾座車站主要技術(shù)指標(biāo)列于表2。

將北京、大連、沈陽等地區(qū)暗挖車站的地層參數(shù)與徐州地層參數(shù)比較，徐州地區(qū)的地層相對較差，特別是淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層參數(shù)較差，自穩(wěn)性差，在施工安全性、地面沉降控制、周邊環(huán)境影響、施工工期、工程造價等方面暗挖PBA工法都具有優(yōu)勢。

綜合考慮各工法的優(yōu)缺點，徐州地區(qū)暗挖車站施工方法建議雙層暗挖車站采用PBA工法(洞樁法)施工。

目前國內(nèi)采用暗挖PBA工法主要有兩種，即8導(dǎo)洞工法及6導(dǎo)洞工法。兩種工法主要區(qū)別:8導(dǎo)洞工法邊樁采用人工挖孔樁+條形基礎(chǔ)，在北京地區(qū)應(yīng)用較多;6導(dǎo)洞工法邊樁采用機械鉆孔樁，在沈陽地區(qū)應(yīng)用較多。兩種工法比較詳見表3。

針對于徐州地區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，采用北京地區(qū)8導(dǎo)洞PBA工法存在以下問題:①工程地質(zhì)較差，導(dǎo)洞需要采用水平旋噴注漿加固，導(dǎo)洞數(shù)目較多，增加工程投資;②車站圍護樁采用人工挖孔樁，工程地質(zhì)較差，施工安全性較差，施工速度較慢。

采用沈陽地區(qū)6導(dǎo)洞PBA工法剛好彌補了上述缺點，車站圍護樁采用機械鉆孔樁施工速度快，施工風(fēng)險小，安全系數(shù)大。

表3 暗挖PBA工法8導(dǎo)洞與6導(dǎo)洞比較

徐州地區(qū)地下水位高，地層多為粉土、粉質(zhì)黏土、黏土等地層，滲透系數(shù)較小，采用坑外管井降水效果較差。這就需要采用洞內(nèi)降水，要求車站圍護結(jié)構(gòu)具備止水功能。可以采用機械鉆孔樁+樁外高壓旋噴樁止水帷幕，或采用AJP工法旋噴樁內(nèi)插H型鋼解決止水帷幕的問題，具體比較詳見表4。

表4 暗挖PBA工法圍護樁比較

綜上所述，徐州地區(qū)暗挖車站宜選擇PBA6導(dǎo)洞工法，而圍護邊樁采用機械鉆孔樁+樁外高壓旋噴樁與采用AJP工法旋噴樁內(nèi)插H型鋼，在施工進度、支護效果、經(jīng)濟性等方面效果都較好，都具有實施性。

3 結(jié)論及建議

1)對于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層，由于土層參數(shù)較差，自穩(wěn)性差，而水平旋噴注漿加固(APJ工法)適應(yīng)于軟弱土層，加固效果較好，目前采用較多，具有可實施性。

2)地下水位地面以下2～3.2 m，土層多為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土等，土層滲透系數(shù)小，對于暗挖車站，可采用具有止水帷幕功能的圍護結(jié)構(gòu)，洞內(nèi)降水、排水，具有可實施性。

3)針對徐州的地層條件，在施工安全性、地面沉降控制、周邊環(huán)境影響、施工工期、工程造價等方面暗挖PBA工法都具有優(yōu)勢，采用6導(dǎo)洞PBA工法，車站圍護樁采用機械鉆孔樁施工速度快，施工風(fēng)險小，安全系數(shù)大。徐州地區(qū)暗挖車站施工方法建議雙層暗挖車站采用6導(dǎo)洞PBA工法施工。

4)在淺埋暗挖車站施工中，應(yīng)充分認識到圍巖對暗挖車站的重要性，應(yīng)嚴(yán)格按暗挖“十八字”方針進行施工，盡量采用機械開挖，少擾動圍巖，保護圍巖，使圍巖與結(jié)構(gòu)共同作用，減輕結(jié)構(gòu)的損害;重視監(jiān)控量測在淺埋暗挖施工中的重要性，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化部位措施要到位，以有效避免工程事故的發(fā)生。

［1］中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司．徐州市城市快速軌道交通1號線一期工程站位方案研究階段巖土工程勘察報告［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，2013．

［2］中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司．徐州市軌道交通1號線一期工程站位方案研究［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，2013．

［3］王國弼．水平旋噴加固技術(shù)現(xiàn)狀及問題的研究［J］．建筑施工，2009(6):435-437．

［4］王圣濤．水平旋噴樁在深圳地鐵超前預(yù)加固中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2003(6):29-31．

［5］瞿萬波．淺埋暗挖地鐵車站施工方案模糊優(yōu)選［J］．鐵道建筑，2012(9):54-57．

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